(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の熱膨張係数を有する第１部材と、前記第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２部材とを接合する熱伝導部材であって、
金属箔と、
厚さ方向に延在し、前記金属箔の第１主面上に、前記厚さ方向と直交する平面方向に並んで設けられた複数の第１柱状導体と、
前記厚さ方向に延在し、前記金属箔の第２主面上に前記平面方向に並んで設けられた複数の第２柱状導体と、
少なくとも、前記金属箔の第１主面及び第２主面と前記第１柱状導体及び前記第２柱状導体の側面とを被覆する樹脂層と、を有し、
前記第１柱状導体の高さと前記第２柱状導体の高さとの比が、前記金属箔の熱膨張係数と前記第１の熱膨張係数との差分と、前記金属箔の熱膨脹係数と前記第２の熱膨張係数との差分との比と同じになるように設定され、
前記第１部材は前記金属箔からみて前記第１主面側に接合され、前記第２部材は前記金属箔からみて前記第２主面側に接合されることを特徴とする熱伝導部材。
【請求項２】
前記第１柱状導体及び前記第２柱状導体は、円柱形状であり、前記金属箔と接続された基端部から先端部にかけて径が大きくなるテーパ形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導部材。
【請求項３】
前記樹脂層は、未硬化状態の絶縁樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱伝導部材。
【請求項４】
前記樹脂層は、
少なくとも、前記金属箔の第１主面及び第２主面と前記第１柱状導体及び前記第２柱状導体の側面とを被覆する第１絶縁層と、
前記第１絶縁層の第１主面及び第２主面を被覆する第２絶縁層とからなり、
前記第２絶縁層は、未硬化状態の絶縁樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱伝導部材。
【請求項５】
第１の熱膨張係数を有する第１部材と、
前記第１の熱膨張係数と異なる第２の熱膨張係数を有する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に介在し、前記第１部材と前記第２部材とを熱的に接続する熱伝導部材と、を有する接合構造であって、
前記熱伝導部材は、
金属箔と、前記第１部材と前記第２部材の積層方向に延在し、前記金属箔の第１主面上に、前記積層方向と直交する平面方向に並んで設けられた複数の第１柱状導体と、前記積層方向に延在し、前記金属箔の第２主面上に、前記平面方向に並んで設けられた複数の第２柱状導体とを有する金属層と、
少なくとも、前記金属箔の第１主面及び第２主面と前記第１柱状導体及び前記第２柱状導体の側面とを被覆する樹脂層と、を有し、
前記第１柱状導体の高さと前記第２柱状導体の高さとの比が、前記金属層の熱膨張係数と前記第１の熱膨張係数との差分と、前記金属層の熱膨張係数と前記第２の熱膨張係数との差分との比と同じになるように設定され、
前記第１部材と前記第２部材が前記熱伝導部材の表面に露出される前記樹脂層に当接して、前記熱伝導部材を介して前記第１部材と前記第２部材とが接合され、
前記第１部材は前記金属箔からみて前記第１主面側に接合され、前記第２部材は前記金属箔からみて前記第２主面側に接合されることを特徴とする接合構造。
【請求項６】
前記第１柱状導体及び前記第２柱状導体は、円柱形状であり、前記金属箔と接続された基端部から先端部にかけて径が大きくなるテーパ形状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導部材及び熱伝導部材を用いた接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）等に使用される半導体素子は、半導体パッケージ内の基板上に電気的に接続され、固定される。半導体素子は、動作時に高温となるため、半導体素子の温度を強制的に下げなければ、半導体素子の性能を発揮できなくなる虞がある。そこで、放熱性を向上させるために、半導体素子が発する熱を大気に放出するための放熱部品（例えば、金属製の放熱板）を半導体素子上に配置し、半導体素子が発する熱を外部に放出する経路を確保している。その際、半導体素子と放熱板との間に熱伝導部材（Thermal Interface Material：ＴＩＭ）を挟み、半導体素子及び放熱板のそれぞれの表面の凹凸を吸収しながらその接触熱抵抗を減らし、半導体素子から放熱板への熱伝導がスムーズに行われるようにしている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
図１８は、配線基板１１０に半導体素子１２０を搭載し、半導体素子１２０の背面に放熱板１３０を熱的に接続した半導体装置１００の一例を示したものである。放熱板１３０には、半導体素子１２０を収容する凹部１３１が設けられている。この凹部１３１の内底面１３１Ａには、半導体素子１２０が熱伝導部材１４０を介して接合されている。これにより、半導体素子１２０から発生する熱が熱伝導部材１４０を介して放熱板１３０側に放熱され、半導体素子１２０の温度上昇が抑制される。
【０００４】
このような熱伝導部材１４０の材料には、有機材料よりも熱伝導性の高い無機材料（例えば、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素など）や金属材料（例えば、銀、銅、ニッケルなど）のフィラーを含有した低弾性率の有機系の樹脂バインダー等が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０３７２２８号公報
【特許文献２】特開平１１−０６８３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した熱伝導部材１４０は、上記フィラーが分散される有機系の樹脂の熱伝導性が高くない。そこで、熱伝導部材１４０の熱伝導性を高めるためには、樹脂層中のフィラーの体積分率を上げる必要がある。しかし、フィラーの体積分率を上げると、図１８（ｂ）に示すように、樹脂層１４１中に弾性率の高いフィラー１４２が全体的に分散されることになるため、熱伝導部材１４０の弾性率が上がる。すると、このような熱伝導部材１４０では、半導体素子１２０と放熱板１３０との熱膨張係数の差に起因する応力を緩和することができなくなる。このように、熱伝導部材１４０における熱伝導性と応力緩和能とは、いわゆるトレードオフの関係にあり、いずれかに関して所望とする条件を満たそうとすれば、他方の条件がより低いものにならざるを得ない。このため、熱伝導性が高く、且つ応力緩和能が高い熱伝導部材の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、第１の熱膨張係数を有する第１部材と、前記第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２部材とを接合する熱伝導部材であって、金属箔と、厚さ方向に延在し、前記金属箔の第１主面上に、前記厚さ方向と直交する平面方向に並んで設けられた複数の第１柱状導体と、厚さ方向に延在し、前記金属箔の第２主面上に前記平面方向に並んで設けられた複数の第２柱状導体と、少なくとも、前記金属箔の第１主面及び第２主面と前記第１柱状導体及び前記第２柱状導体の側面とを被覆する樹脂層と、を有し、前記第１柱状導体の高さと前記第２柱状導体の高さとの比が、前記金属箔の熱膨張係数と前記第１の熱膨張係数との差分と、前記金属箔の熱膨脹係数と前記第２の熱膨張係数との差分との比と同じになるように設定され、前記第１部材は前記金属箔からみて前記第１主面側に接合され、前記第２部材は前記金属箔からみて前記第２主面側に接合される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一観点によれば、熱伝導性が高く、且つ応力緩和能が高くすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は第１実施形態の半導体装置を示す概略断面図、（ｂ）は熱伝導部材を示す概略断面図、（ｃ）は熱伝導部材を示す概略平面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、熱伝導部材の作用を説明するための説明図。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、第１実施形態の熱伝導部材の製造方法を示す概略断面図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の熱伝導部材の製造方法を示す概略断面図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。
【図６】変形例の熱伝導部材を示す概略断面図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、変形例の熱伝導部材の製造方法を示す概略断面図。
【図８】変形例の熱伝導部材及び半導体装置の製造方法を示す概略断面図。
【図９】変形例の熱伝導部材及び半導体装置の製造方法を示す概略断面図。
【図１０】（ａ）〜（ｇ）は、第２実施形態の熱伝導部材の製造方法を示す概略断面図。
【図１１】第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。
【図１２】（ａ）〜（ｅ）は、第３実施形態の熱伝導部材の製造方法を示す概略断面図。
【図１３】第３実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、変形例の熱伝導部材を示す概略断面図。
【図１５】変形例の熱伝導部材を示す概略断面図。
【図１６】変形例の熱伝導部材を示す概略断面図。
【図１７】変形例の静電チャックを示す概略断面図。
【図１８】（ａ）、（ｂ）は、従来の半導体装置を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して各実施形態を説明する。なお、添付図面は、特徴を分かりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、各部材の断面構造を分かりやすくするために、一部の樹脂層のハッチングを省略している。
【００１１】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図１（ａ）に示すように、半導体装置１は、ＢＧＡ（Ball Grid Array）型の配線基板１０と、その配線基板１０上に実装された半導体素子２０と、半導体素子２０の上方に配置された放熱板３０と、半導体素子２０と放熱板３０とを熱的に接続する熱伝導部材４０とを有している。
【００１２】
配線基板１０は、基板本体１１と、接続用パッド１２と、はんだボール１３とを有している。基板本体１１としては、接続用パッド１２及びはんだボール１３が基板内部を通じて相互に電気的に接続された構造を有していれば十分である。このため、基板本体１１の内部には配線層が形成されていてもよく、配線層が形成されていなくてもよい。なお、基板本体１１の内部に配線層が形成される場合には、複数の配線層が層間絶縁層を介して積層され、各配線層と各絶縁層に形成されたビアとによって上記接続用パッド１２及びはんだボール１３が電気的に接続されている。基板本体１１としては、例えばコア基板を有するコア付きビルドアップ基板やコア基板を有さないコアレス基板等を用いることができる。
【００１３】
接続用パッド１２は、基板本体１１の上面に形成されている。接続用パッド１２の材料としては、例えば銅などの金属を用いることができる。
はんだボール１３は、基板本体１１の下面に形成されている。はんだボール１３の材料としては、例えば鉛（Ｐｂ）を含む合金、錫（Ｓｎ）とＣｕの合金、Ｓｎと銀（Ａｇ）の合金、ＳｎとＡｇとＣｕの合金などを用いることができる。このはんだボール１３は、例えばマザーボード等と接続される外部接続端子として機能する。
【００１４】
半導体素子２０は、シリコン（Ｓｉ）等からなる薄板化された半導体基板上に半導体集積回路（図示略）された素子形成面（図１において下面）側がパッシベーション膜で覆われ、その素子形成面に接続端子２１が配設された構造を有している。半導体素子２０としては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）チップやＧＰＵ（Graphics Processing Unit）チップなどのロジックチップを用いることができる。また、半導体素子２０としては、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）チップ、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）チップやフラッシュメモリチップなどのメモリチップを用いることができる。本実施形態では、半導体素子２０がシリコンからなり、その半導体素子２０の熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃になる。半導体素子２０の大きさは、例えば平面視で１０ｍｍ×１０ｍｍ程度である。半導体素子２０の厚さは、例えば１０〜５０μｍとすることができる。
【００１５】
半導体素子２０は、配線基板１０にフリップチップ接合されている。すなわち、半導体素子２０は、上記接続端子２１を介して、配線基板１０の接続用パッド１２と電気的に接続されている。接続端子２１としては、例えば金（Ａｕ）バンプやはんだバンプを用いることができる。はんだバンプの材料としては、例えばＰｂを含む合金、ＳｎとＣｕの合金、ＳｎとＡｇの合金、ＳｎとＡｇとＣｕの合金などを用いることができる。
【００１６】
半導体素子２０の下面と配線基板１０の上面との間にはアンダーフィル樹脂２２が充填されている。アンダーフィル樹脂２２の材料としては、例えばエポキシ系樹脂などの絶縁樹脂を用いることができる。
【００１７】
半導体素子２０の上方には、放熱板３０が配置されている。放熱板３０はヒートスプレッダとも呼ばれる。放熱板３０の材料としては、例えばＣｕ、Ａｇ、アルミニウム（Ａｌ）又はそれらの合金等を用いることができる。本実施形態では、放熱板３０がＡｌからなり、その放熱板３０の熱膨張係数が約２３ｐｐｍ／℃になる。
【００１８】
放熱板３０は、配線基板１０上に接合されている。具体的には、放熱板３０は、半導体素子２０を取り囲むように配線基板１０の周縁部に接合部材３５によって接合されている。接合部材３５の材料としては、例えばシリコンポリマー系の樹脂を用いることができる。
【００１９】
放熱板３０は、板状に形成された板状部３１と、この板状部３１の周囲に一体的に形成され、底面が接合部材３５を介して配線基板１０に接合された枠状の側壁部３２とを有している。放熱板３０には、これら板状部３１と側壁部３２とによって凹部３３が形成されている。また、この凹部３３と配線基板１０とによって形成された収容部に半導体素子２０が収容されている。なお、放熱板３０の大きさは、例えば平面視で２０ｍｍ×２０ｍｍ〜４０ｍｍ×４０ｍｍ程度である。また、放熱板３０の板状部３１の厚さは、例えば０．５〜４ｍｍ程度とすることができる。
【００２０】
上記半導体素子２０の素子形成面と反対側の面（図１において上面）は、熱伝導部材４０を介して放熱板３０の凹部３３の内底面３３Ａに熱的に結合されている。これにより、半導体素子２０から発生する熱は、熱伝導部材４０を介して放熱板３０に放熱される。
【００２１】
熱伝導部材４０は、金属層４１と、その金属層４１を被覆する樹脂層４２とを有している。
金属層４１は、断面視において、十字形状が幅方向（図１（ａ）では横方向）に連続した構造を有している。具体的には、図１（ｂ）に示すように、金属層４１は、薄膜状の金属箔５０と、金属箔５０の第１主面５０Ａ上に厚さ方向に平行して形成された複数の第１柱状導体５１と、金属箔５０の第２主面５０Ｂ上に厚さ方向に平行して形成された複数の第２柱状導体５２とを有している。この金属層４１は、半導体素子２０から発生した熱を放熱板３０に伝導する役割を果たす。このような金属層４１（金属箔５０、第１及び第２柱状導体５１，５２）の材料としては、熱伝導性の高い材料を用いることができる。具体的には、金属層４１の材料としては、例えば銅やアルミニウムなどの金属を用いることができる。本実施形態では、金属層４１は銅からなり、金属層４１の熱膨張係数が約１７ｐｐｍ／℃程度となる。
【００２２】
金属箔５０は、樹脂層４２の厚さ方向の略中央に形成されている。この金属箔５０は、図１（ｃ）に示すように、例えば平面視矩形状に形成されている。具体的には、金属箔５０は、樹脂層４２の平面形状（外形）よりも一回り小さく形成されている。金属箔５０の厚さは、例えば５〜１０μｍ程度とすることができる。
【００２３】
第１柱状導体５１は、図１（ｂ）に示すように、金属箔５０の第１主面５０Ａから樹脂層４２の下面４２Ａに向かって厚さ方向（積層方向）に延在するように形成されている。第１柱状導体５１は、図１（ｃ）に示すように、例えば平面視円形状に形成されている。複数の第１柱状導体５１は、金属箔５０上に平面方向に並んで設けられている。具体的には、複数の第１柱状導体５１は、金属箔５０の平面上にマトリクス状（図１（ｃ）では、７×１１）に配置されている。
【００２４】
第１柱状導体５１の高さ及び直径は、例えば熱伝導部材４０が必要とする熱伝導率に応じて設定される。また、第１柱状導体５１のピッチは、例えば熱伝導部材４０が必要とする熱伝導率や第１柱状導体５１のアスペクト比などに応じて設定される。具体的には、第１柱状導体５１の高さは例えば１０〜１００μｍ、第１柱状導体５１の直径は例えば１０〜５００μｍ、第１柱状導体５１のピッチは例えば１０〜５００μｍとすることができる。ここで、第１柱状導体５１の直径を１０μｍよりも小さくすると歩留まりが極端に悪くなる一方で、第１柱状導体５１の直径を５００μｍよりも大きくすると当該第１柱状導体５１が変形しにくくなる。
【００２５】
なお、第１柱状導体５１の平面形状は、円形状に限定されず、例えば矩形状や五角形、六角形等の多角形状としてもよい。また、第１柱状導体５１の配置形態は、マトリクス状に限定されず、例えばヘキサゴナル状に配置するようにしてもよい。
【００２６】
第２柱状導体５２は、図１（ｂ）に示すように、金属箔５０の第２主面５０Ｂから樹脂層４２の上面４２Ｂに向かって厚さ方向（積層方向）に延在するように形成されている。第２柱状導体５２は、図１（ｃ）に示すように、例えば平面視円形状に形成されている。複数の第２柱状導体５２は、金属箔５０上に平面方向に並んで設けられている。具体的には、複数の第２柱状導体５２は、金属箔５０の平面上にマトリクス状（図１（ｃ）では、７×１１）に配置されている。具体的には、第２柱状導体５２は、平面視において第１柱状導体５１と重なるように配置されている。すなわち、第１柱状導体５１と第２柱状導体５２は、図１（ｂ）に示すように、断面視において、金属箔５０と十字状に交差するような位置関係となるように形成されている。但し、必ずしも精確に十字状に交差している必要はなく、十字状に近い形態で交差していれば十分である。すなわち、第１柱状導体５１と第２柱状導体５２とは平面視したときに完全に重なっている必要はなく、例えば平面視したときに第１柱状導体５１が第２柱状導体５２からずれた位置に形成されるようにしてもよい。
【００２７】
なお、第２柱状導体５２の高さは例えば１０〜１００μｍ、第２柱状導体５２の直径は例えば１０〜５００μｍ、第２柱状導体５２のピッチは例えば１０〜５００μｍとすることができる。また、第２柱状導体５２の平面形状は、円形状に限定されず、例えば矩形状や五角形、六角形等の多角形としてもよい。第２柱状導体５２の配置形態は、マトリクス状に限定されず、例えばヘキサゴナル状に配置するようにしてもよい。
【００２８】
樹脂層４２は、金属層４１（金属箔５０、第１及び第２柱状導体５１，５２）の全面を被覆するように形成されている。この樹脂層４２は、当該樹脂層４２の下面４２Ａに配置される半導体素子２０と、当該樹脂層４２の上面４２Ｂに配置される放熱板３０とを接合する機能を有するとともに、半導体素子２０と放熱板３０との熱膨張係数の差に起因する応力を緩和する機能を果たす。これらの機能を果たす樹脂層４２の材料としては、弾性率の低い（例えば、１〜３００ＭＰａ程度）絶縁性樹脂を用いることができる。具体的には、樹脂層４２の材料としては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。樹脂層４２の厚さは、例えば１０〜１００μｍ程度とすることができる。
【００２９】
次に、上記半導体装置１の作用について説明する。
熱伝導部材４０の樹脂層４２中に、厚さ方向に延在して平面方向に並んで設けられる第１及び第２柱状導体５１，５２を設けるようにした。このように、熱伝導性の高い第１及び第２柱状導体５１，５２が、熱伝導を必要とする方向である厚さ方向（積層方向）に延在される。これにより、例えば樹脂層４２中に含有される金属材料の含有量が同じである場合には、金属フィラーを含有した従来の熱伝導部材１４０と比べて、本実施形態の熱伝導部材４０の厚さ方向における体積分率当りの熱伝導率を高くすることができる。したがって、熱伝導部材４０によれば、半導体素子２０から発生した熱を効率良く放熱板３０に伝導することができる。なお、熱伝導部材４０の平面方向における体積分率当りの熱伝導率は、従来の熱伝導部材１４０のそれと比べて低くなる。しかし、半導体素子２０から発生した熱を放熱板３０に伝導するためには、被接合部材間（半導体素子２０及び放熱板３０間）、つまり厚さ方向の熱伝導性が重要となり、平面方向の熱伝導性はあまり影響を及ぼさない。このため、本実施形態の熱伝導部材４０のように、第１及び第２柱状導体５１，５２が厚さ方向に延在され、熱伝導性に異方性がある場合には、樹脂層４２中の金属材料の含有量が少ない場合であっても、高い熱伝導性を得ることができる。
【００３０】
その一方で、複数の第１柱状導体５１及び複数の第２柱状導体５２が平面方向に並んで設けられている。これにより、熱伝導部材４０では、樹脂層４２が平面方向に弾性変形し易いため、被接合部材間の熱膨張係数の差に起因する平面方向の応力を緩和することができる。詳述すると、図２に示すように、熱伝導部材４０を介して半導体素子２０と放熱板３０とを接合したときの接合温度（図２（ａ）参照）から温度が低くなると、図２（ｂ）に示すように、熱膨張係数の大きい放熱板３０が半導体素子２０よりも大きく平面方向に縮もうとする。このとき、低弾性率の樹脂層４２が半導体素子２０の熱膨張係数と放熱板３０の熱膨張係数の差を吸収するように弾性変形される。ここで、本実施形態の熱伝導部材４０では、第１柱状導体５１及び第２柱状導体５２が樹脂層４２の平面方向の弾性変形を制限しないため、半導体素子２０の熱膨張係数と放熱板３０の熱膨張係数の差を樹脂層４２の弾性変形により好適に吸収させることができる。これにより、半導体素子２０及び放熱板３０の熱膨張係数の差に起因して発生する平面方向の応力を好適に緩和することができる。すなわち、熱伝導部材４０の応力緩和能を、従来の熱伝導部材１４０の応力緩和能よりも高くすることができる。なお、樹脂層４２中には、平面方向に延在される金属箔５０が含有されている。但し、この金属箔５０の熱膨張係数（ここでは、１７ｐｐｍ／℃）は、半導体素子２０の熱膨張係数（ここでは、３ｐｐｍ／℃）と放熱板３０の熱膨張係数（ここでは、２３ｐｐｍ／℃）との中間の値である。このため、この金属箔５０の平面方向の変形量（収縮量）は、半導体素子２０における変形量と放熱板３０における変形量との中間の量になる。そして、この金属箔５０は、樹脂層４２の厚さ方向の中間位置に設けられている。このため、金属箔５０が樹脂層４２と同様に収縮されるため、上記樹脂層４２の弾性変形は金属箔５０によっても制限されない。
【００３１】
同様に、上記接合温度（図２（ａ）参照）から温度が高くなると、図２（ｃ）に示すように、熱膨張係数の大きい放熱板３０が半導体素子２０よりも大きく平面方向に膨張しようとする。このとき、低弾性率の樹脂層４２が半導体素子２０の熱膨張係数と放熱板３０の熱膨張係数の差を吸収するように弾性変形される。ここでも、上記同様に、第１柱状導体５１及び第２柱状導体５２が樹脂層４２の平面方向の弾性変形を制限しないため、半導体素子２０の熱膨張係数と放熱板３０の熱膨張係数の差を樹脂層４２の弾性変形により好適に吸収させることができる。これにより、半導体素子２０及び放熱板３０の熱膨張係数の差に起因して発生する平面方向の応力を好適に緩和することができる。
【００３２】
さらに、全ての第１及び第２柱状導体５１，５２と接続され、平面方向に延在された金属箔５０を設けるようにした。これにより、第１及び第２柱状導体５１，５２に伝導された熱を平面方向に分散させることができるため、均熱性を向上させることができる。
【００３３】
次に、上記半導体装置１の製造方法について説明する。ここでは、まず、熱伝導部材４０の製造方法について説明する。
まず、熱伝導部材４０を製造するためには、図３（ａ）に示すように、金属箔５０を用意する。ここでは、金属箔５０として銅箔を用意する。
【００３４】
次に、図３（ｂ）に示す工程では、金属箔５０の両面に絶縁層６１，６２を形成する。絶縁層６１は金属箔５０の第１主面５０Ａを覆うように形成され、絶縁層６２は金属箔５０の第２主面５０Ｂを覆うように形成される。これら絶縁層６１，６２の材料としては、感光性を有する材料、及び感光性を有しない材料のいずれも用いることができる。絶縁層６１，６２としては、ドライフィルムレジストや液状レジスト等を用いることができる。例えば絶縁層６１，６２としてドライフィルムレジストを用いる場合には、金属箔５０の両面にドライフィルムを熱圧着によりラミネートすることで上記絶縁層６１，６２を形成する。また、絶縁層６１，６２として液状レジストを用いる場合には、スクリーン印刷法、スプレーコート法やロールコート法などの方法により上記絶縁層６１，６２を形成することができる。なお、これら絶縁層６１，６２の厚さは、例えば１０〜１００μｍ程度である。
【００３５】
続いて、図３（ｃ）に示す工程では、金属箔５０の第１主面５０Ａが露出されるように絶縁層６１の所定箇所に開口部６１Ｘを形成するとともに、金属箔５０の第２主面５０Ｂが露出されるように絶縁層６２の所定箇所に開口部６２Ｘを形成する。開口部６１Ｘは、第１柱状導体５１の形成領域に対応する部分の金属箔５０の第１主面５０Ａを露出するように形成される。また、開口部６２Ｘは、第２柱状導体５２の形成領域に対応する部分の金属箔５０の第２主面５０Ｂを露出するように形成される。なお、これら開口部６１Ｘ，６２Ｘは、例えばレーザ加工法によって形成することができる。また、絶縁層６１，６２の材料として感光性を有する材料を用いる場合には、金属箔５０の両面に形成された絶縁層６１，６２を露光・現像によりパターニングして、上記開口部６１Ｘ，６２Ｘを形成することができる。
【００３６】
次に、図３（ｄ）に示す工程では、上記絶縁層６１，６２をめっきマスクとして、金属箔５０の第１主面５０Ａ及び第２主面５０Ｂに、その金属箔５０をめっき給電層に利用する電解めっきを施す。具体的には、絶縁層６１の開口部６１Ｘから露出された金属箔５０の第１主面５０Ａに電解めっき（ここでは、電解銅めっき）を施すことにより、第１主面５０Ａ上に立設された第１柱状導体５１を形成する。また、絶縁層６２の開口部６２Ｘから露出された金属箔５０の第２主面５０Ｂに電解銅めっきを施すことにより、第２主面５０Ｂ上に立設された第２柱状導体５２を形成する。なお、第１及び第２柱状導体５１，５２は、例えばペースト充填などの方法によって形成するようにしてもよい。
【００３７】
続いて、図３（ｅ）に示す工程では、めっきマスクとして用いた絶縁層６１，６２を除去する。例えば絶縁層６１，６２の材料としてドライフィルムレジストを用いた場合には、水酸化ナトリウムやモノエタノールアミン系などのアルカリ性の薬液を用いて絶縁層６１，６２を除去することができる。一方、絶縁層６１，６２の材料としてノボラック系樹脂やエポキシ系樹脂等の液状レジストを用いた場合には、アセトンやアルコール等を用いて絶縁層６１，６２を除去することができる。これにより、金属箔５０、第１及び第２柱状導体５１，５２を有する金属層４１が形成される。
【００３８】
次に、図４（ａ）に示す工程では、保護フィルム６３に樹脂層４２（図１参照）となるシート状の絶縁樹脂４３Ａが接着された構造体６３Ａと、保護フィルム６４に樹脂層４２（図１参照）となるシート状の絶縁樹脂４３Ｂが接着された構造体６４Ａとを用意する。保護フィルム６３，６４としては、ポリエステル又はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のフィルムに薄いフッ素樹脂（ＥＴＦＥ）層を積層したフィルムや、ポリエステル又はＰＥＴの表面にシリコーン離型を施したフィルムなどを用いることができる。離型剤としては、シリコーン系離型剤やフッ素系離型剤を用いることができる。なお、保護フィルム６３，６４の離型剤の施された面が絶縁樹脂４３Ａ，４３Ｂにそれぞれ接着されている。保護フィルム６３，６４の厚さは、例えば１０〜５０μｍ程度とすることができる。一方、絶縁樹脂４３Ａ，４３Ｂの材料としては、弾性率の低い熱硬化性樹脂、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。絶縁樹脂４３Ａ，４３Ｂは、Ｂ−ステージ状態（半硬化状態）のものが使用される。なお、絶縁樹脂４３Ａ，４３Ｂは、同じ絶縁樹脂を用いることが好ましい。
【００３９】
また、図４（ａ）に示す工程では、金属層４１（第１柱状導体５１）の下面側に構造体６３Ａを配置し、金属層４１（第２柱状導体５２）の上面側に構造体６４Ａを配置する。このとき、構造体６３Ａは、絶縁樹脂４３Ａが金属層４１と対向するように絶縁樹脂４３Ａを上側に向けた状態で配置され、構造体６４Ａは、絶縁樹脂４３Ｂが金属層４１と対向するように絶縁樹脂４３Ｂを下側に向けた状態で配置される。そして、金属層４１を構造体６３Ａ，６４Ａで両面から挟み込んで熱圧着し、両構造体６３Ａ，６４Ａをラミネートする。この熱圧着により、図４（ｂ）に示すように、絶縁樹脂４３Ａ，４３Ｂによって樹脂層４２が形成されるとともに、その樹脂層４２中に金属層４１が圧入される。これにより、金属層４１が樹脂層４２によって被覆された熱伝導部材４０が形成される。この熱伝導部材４０は、その樹脂層４２の上下面が保護フィルム６３，６４によって被覆されている。但し、本工程では、シート状の絶縁樹脂４３Ａ，４３Ｂ、つまり樹脂層４２の熱硬化は行わず、Ｂ−ステージ状態のままにしておく。なお、絶縁樹脂４３Ａ，４３Ｂを真空雰囲気中でラミネートすることにより、絶縁樹脂４３Ａ，４３Ｂ中へのボイドの巻き込みを抑制することができる。
【００４０】
次に、半導体装置１の製造方法について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、半導体素子２０が実装された配線基板１０を用意する。ここでは、図示を省略して詳細な説明を割愛するが、配線基板１０は例えば以下のような方法で製造される。すなわち、接続用パッド１２を有する配線基板１０を形成し、その配線基板１０の上面に形成された接続用パッド１２に半導体素子２０の接続端子２１をフリップチップ接合する。次に、配線基板１０と半導体素子２０との間にアンダーフィル樹脂２２を形成する。
【００４１】
続いて、図５（ａ）に示す工程では、配線基板１０の上面の外周縁に沿って枠状に熱硬化型の接合部材３５を塗布する。また、図４（ｂ）に示した熱伝導部材４０に接着された保護フィルム６３を剥離して、樹脂層４２の下面４２Ａを露出させ、その樹脂層４２の下面４２Ａが半導体素子２０の上面２０Ａに当接するように、熱伝導部材４０を半導体素子２０上に配置する。次いで、熱伝導部材４０に接着された保護フィルム６４を剥離する。その後、配線基板１０及び半導体素子２０上に、鍛造加工や機械切削などにより製造された放熱板３０を配置する。具体的には、放熱板３０の側壁部３２の底面が接合部材３５に対向するように、且つ放熱板３０の凹部３３の内底面３３Ａが樹脂層４２の上面４２Ｂに対向するように、配線基板１０及び半導体素子２０上に放熱板３０を配置する。
【００４２】
次に、上述のように配置した配線基板１０、放熱板３０及び熱伝導部材４０を加熱及び加圧することにより、図５（ｂ）に示すように、放熱板３０の側壁部３２を接合部材３５に当接し、放熱板３０の内底面３３Ａを熱伝導部材４０に当接すると共に、接合部材３５及び樹脂層４２を硬化する。これにより、放熱板３０が接合部材３５を介して配線基板１０に接合されるとともに、放熱板３０が熱伝導部材４０を介して半導体素子２０に接合される。例えば、半導体素子２０の実装された配線基板１０、熱伝導部材４０及び放熱板３０を重ね合わせ、一対のプレス熱盤の間に配置し、真空プレスなどにより上下両面から加熱及び加圧することによって、図５（ｂ）に示すような一体構造を得ることができる。その後、はんだボール１３を形成することにより、図１に示した半導体装置１が製造される。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）熱伝導部材４０の樹脂層４２中に、厚さ方向に延在して平面方向に並んで設けられる第１及び第２柱状導体５１，５２を設けるようにした。これにより、熱伝導部材４０の厚さ方向における体積分率当りの熱伝導率を高くすることができる。その一方で、第１柱状導体５１及び第２柱状導体５２が樹脂層４２の平面方向の弾性変形を制限しないため、半導体素子２０の熱膨張係数と放熱板３０の熱膨張係数の差を樹脂層４２の弾性変形により好適に吸収させることができ、被接合部材間の熱膨張係数の差に起因する平面方向の応力を好適に緩和することができる。すなわち、熱伝導部材４０の応力緩和能を高くすることができる。
【００４４】
（２）全ての第１及び第２柱状導体５１，５２と接続され、平面方向に延在された金属箔５０を設けるようにした。これにより、第１及び第２柱状導体５１，５２に伝導された熱を平面方向に分散させることができるため、均熱性を向上させることができる。
【００４５】
（３）さらに、金属箔５０を設けたことにより、第１及び第２柱状導体５１，５２が金属箔５０に接続された状態で熱伝導部材４０の製造を行うことができる。
（第１実施形態の変形例）
なお、上記第１実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
【００４６】
・上記第１実施形態では、第１柱状導体５１と第２柱状導体５２とが、金属箔５０を対称軸として略線対称となるように形成するようにした。すなわち、第１柱状導体５１の高
さと第２柱状導体５２の高さとが略同じになるようにした。これに限らず、被接合部材（上記第１実施形態では、半導体素子２０及び放熱板３０）の熱膨張係数と金属層４１の熱膨張係数との差に応じて、第１柱状導体５１の高さと第２柱状導体５２の高さの比を適宜調整するようにしてもよい。具体的には、第１柱状導体５１の高さと第２柱状導体５２の高さの比を、一方の被接合部材の熱膨張係数と金属層４１の熱膨張係数の差分と、他方の被接合部材の熱膨張係数と金属層４１の熱膨張係数の差分との比と同じになるように調整するようにしてもよい。この点について以下に詳述する。例えば、シリコンからなる半導体素子２０の熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃、アルミニウムからなる放熱板３０の熱膨張係数が約２３ｐｐｍ／℃、銅からなる金属層４１の熱膨張係数が約１７ｐｐｍ／℃である場合には、半導体素子２０と金属層４１との熱膨張係数の差が１４ｐｐｍ／℃、放熱板３０と金属層４１との熱膨張係数差が６ｐｐｍ／℃となる。この場合に、第１柱状導体５１の高さＨ１と第２柱状導体５２の高さＨ２の比Ｈ１：Ｈ２が１４：６に近づくように、第１及び第２柱状導体５１，５２の高さを調整する。このように、金属箔５０の位置を、その金属箔５０の熱膨張係数に近い熱膨張係数を持つ被接合部材に物理的に近づくように偏らせて配置するようにしてもよい。これにより、金属箔５０の変形量を、その金属箔５０の設けられた平面位置における樹脂層４２の弾性変形量に近づけることができる。このため、樹脂層４２の弾性変形が金属箔５０によって制限されることを好適に抑制することができ、熱伝導部材４０の応力緩和能をより向上させることができる。
【００４７】
・上記第１実施形態では、第１柱状導体５１と第２柱状導体５２とが、金属箔５０を対称軸として略線対称となるように形成するようにした。これに限らず、例えば図６に示されるように、第１柱状導体５３と第２柱状導体５４とを、金属箔５０の両面で互い違いに配置されるように形成するようにしてもよい。具体的には、隣接する第１柱状導体５３の中間に形成される凹部に対応して第２柱状導体５４が形成され、隣接する第２柱状導体５４の中間に形成される凹部に対応して第１柱状導体５３が形成される。
【００４８】
ここで、図６に示した熱伝導部材４０Ａの金属層４１Ａの製造方法を以下に説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、金属箔５０の第１主面５０Ａに開口部６５Ｘを有する絶縁層６５を形成するとともに、金属箔５０の第２主面５０Ｂに開口部６６Ｘを有する絶縁層６６を形成する。開口部６５Ｘは、第１柱状導体５３の形成領域に対応する部分の金属箔５０の第１主面５０Ａを露出するように形成される。また、開口部６６Ｘは、第２柱状導体５４の形成領域に対応する部分の金属箔５０の第２主面５０Ｂを露出するように形成される。これら開口部６５Ｘ，６６Ｘは、例えばレーザ加工法やフォトリソグラフィ法によって形成することができる。このとき、開口部６５Ｘと開口部６６Ｘとは、平面視したときに互いにずれた位置に形成されるため、開口部６５Ｘと開口部６６Ｘとが重なるように位置合わせする必要がない、つまり高精度な位置合わせが必要ない。
【００４９】
次に、図７（ｂ）に示す工程では、上記絶縁層６５，６６をめっきマスクとして、金属箔５０の第１主面５０Ａ及び第２主面５０Ｂに、その金属箔５０をめっき給電層に利用する電解めっきを施す。これにより、金属箔５０の第１主面５０Ａ上に第１柱状導体５３が形成され、金属箔５０の第２主面５０Ｂ上に第２柱状導体５４が形成される。次いで、図７（ｃ）に示す工程では、めっきマスクとして用いた絶縁層６５，６６を除去する。これにより、金属箔５０、第１及び第２柱状導体５３，５４を有する金属層４１Ａが形成される。
【００５０】
・上記第１実施形態では、樹脂層４２となる絶縁樹脂４３Ａ，４３Ｂの材料としてシート状の絶縁樹脂を用いるようにしたが、絶縁樹脂４３Ａ，４３Ｂの材料として液状やペースト状の絶縁樹脂を用いるようにしてもよい。
【００５１】
・上記第１実施形態では、配線基板１０等とは別に製造された熱伝導部材４０、つまり保護フィルム６３，６４によって被覆された熱伝導部材４０を利用して半導体装置１を製造するようにした。これに限らず、熱伝導部材の製造と、その熱伝導部材を介する半導体素子２０と放熱板３０との接合とを同時に行うようにしてもよい。詳述すると、例えば図８に示されるように、半導体素子２０の接続端子２１が接続用パッド１２にフリップチップ接合された配線基板１０と、放熱板３０と、図３（ａ）〜（ｅ）の製造方法により製造された金属層４１とを用意する。続いて、金属層４１の金属箔５０の上下面それぞれの中央部付近に、印刷法等によりペースト状の絶縁樹脂４４Ａ，４４Ｂを山状に盛り上がるように形成する。次いで、配線基板１０上に形成された接合部材３５と放熱板３０の側壁部３２とが対向するように、且つ放熱板３０の凹部３３の内底面３３Ａが半導体素子２０と対向するように両者を位置合わせし、両者間に上記絶縁樹脂４４Ａ，４４Ｂの形成された金属層４１を介在させて重ね合わせる。具体的には、金属箔５０の第１主面５０Ａに形成された絶縁樹脂４４Ａと半導体素子２０の上面２０Ａとが接するように、且つ金属箔５０の第２主面５０Ｂに形成された絶縁樹脂４４Ｂと放熱板３０の凹部３３の内底面３３Ａとが接するように、配線基板１０と放熱板３０とを重ね合わせる。次に、このように重ね合わされた構造体を、下側のプレス熱盤６７と上側のプレス熱盤６８との間に配置し、真空プレス等により上下両面から加熱・加圧（ホットプレス）する。すると、図９に示すように、半硬化状態の絶縁樹脂４４Ａ，４４Ｂは、半導体素子２０の上面２０Ａ及び放熱板３０の内底面３３Ａによってそれぞれ押圧されて平面方向に広がる。このように広がる絶縁樹脂４４Ａ，４４Ｂによって金属層４１が覆われる。さらに、上記加熱・加圧処理により、絶縁樹脂４４Ａ，４４Ｂが熱硬化されることで樹脂層４２Ｃが形成され、その樹脂層４２Ｃによって金属層４１が被覆された熱伝導部材４０Ｂが形成されるとともに、その熱伝導部材４０Ｂを介して半導体素子２０と放熱板３０とが接合される。また、上記加熱・加圧処理により、接合部材３５が熱硬化され、その硬化された接合部材３５を介して配線基板１０と放熱板３０とが接合される。
【００５２】
このような方法によれば、熱伝導部材４０Ｂの製造と、その熱伝導部材４０Ｂを介する半導体素子２０と放熱板３０との接合とを同時に行うことができる。さらに、上記方法によれば、上記加熱・加圧処理において、絶縁樹脂４４Ａ，４４Ｂを平面方向に均一に広げることができるため、絶縁樹脂４４Ａ，４４Ｂ（樹脂層４２Ｃ）へのボイドの巻き込みを好適に抑制することができる。
【００５３】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、図１０及び図１１に従って説明する。この実施形態の熱伝導部材の構造が上記第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、先の図１〜図９に示した部材と同一の部材にはそれぞれ同一の符号を付して示し、それら各要素についての詳細な説明は省略する。
【００５４】
熱伝導部材４０Ｃの製造方法について図１０に従って説明する。
まず、熱伝導部材４０Ｃを製造するためには、図１０（ａ）に示すように、金属箔５０を用意する。ここでは、金属箔５０として銅箔を用意する。
【００５５】
次に、図１０（ｂ）に示す工程では、金属箔５０の第１主面５０Ａ（図１０（ｂ）では、上面）に、その第１主面５０Ａを覆うように絶縁層６９を形成する。絶縁層６９の材料としては、感光性を有する材料、及び感光性を有しない材料のいずれも用いることができる。絶縁層６９としては、ドライフィルムレジストや液状レジスト等を用いることができる。絶縁層６９の厚さは、例えば１０〜１００μｍ程度である。続いて、図１０（ｃ）に示す工程では、金属箔５０の第１主面５０Ａが露出されるように、絶縁層６９の所定箇所に開口部６９Ｘを形成する。
【００５６】
次に、図１０（ｄ）に示す工程では、上記絶縁層６９をめっきマスクとして、金属箔５０の第１主面５０Ａに、その金属箔５０をめっき給電層に利用する電解めっきを施す。具体的には、絶縁層６９の開口部６９Ｘから露出された金属箔５０の第１主面５０Ａに電解めっき（ここでは、電解銅めっき）を施すことにより、第１主面５０Ａ上に立設された柱状導体５５を形成する。この柱状導体５５は、金属箔５０の第１主面５０Ａから上方に向かって延在されるように形成される。柱状導体５５は、例えば平面視円形状に形成されている。複数の柱状導体５５は、金属箔５０の第１主面５０Ａ上に平面方向（図１０（ｅ）では横方向）に並んで設けられている。具体的には、柱状導体５５は、上記第１実施形態の第１柱状導体５１及び第２柱状導体５２と同様に、金属箔５０の第１主面５０Ａ上に平面視マトリクス状に配列されている。ここで、柱状導体５５の高さは例えば１０〜１００μｍ程度、柱状導体５５の直径は例えば１０〜５００μｍ程度、柱状導体５５のピッチは例えば１０〜５００μｍ程度とすることができる。
【００５７】
続いて、図１０（ｅ）に示す工程では、めっきマスクとして用いた絶縁層６９を除去する。これにより、金属箔５０と、金属箔５０の第１主面５０Ａ上に立設された柱状導体５５とを有する金属層４１Ｃが形成される。具体的には、金属層４１Ｃは、薄膜状の金属箔５０の第１主面５０Ａ上に、その第１主面５０Ａから鉛直方向に向かって延びる多数の柱状導体５５が形成され、断面視で略櫛歯状に形成されたものである。
【００５８】
次に、図１０（ｆ）に示す工程では、金属箔５０の第１主面５０Ａの一端側にペースト状の絶縁樹脂４６Ａを配置し、スキージ７０によって絶縁樹脂４６Ａを横方向に移動させながら塗布することによって、隣接する柱状導体５５間に形成される凹部５５Ｘ内に絶縁樹脂４６Ａを選択的に埋め込む。なお、絶縁樹脂４６Ａの材料としては、弾性率の低い熱硬化性樹脂、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。絶縁樹脂４６Ａは、Ｂ−ステージ状態（半硬化状態）のものが使用される。また、スキージ法以外の印刷法（スクリーン印刷法など）によって絶縁樹脂４６Ａを塗布するようにしてもよい。
【００５９】
その後、絶縁樹脂４６Ａを熱処理して硬化させる。これにより、図１０（ｅ）に示すように、金属箔５０の第１主面５０Ａ及び柱状導体５５の側面を被覆する絶縁層４６が形成される。
【００６０】
続いて、図１０（ｅ）に示す工程では、保護フィルム７１を有する第１接着剤層４７によって金属箔５０の第２主面５０Ｂを被覆し、保護フィルム７２を有する第２接着剤層４８によって絶縁層４６の主面（図１０（ｇ）では上面）を被覆する。このとき、絶縁層４６と第１及び第２接着剤層４７，４８とによって、金属層４１Ｃを被覆する樹脂層４９が構成される。なお、第１及び第２接着剤層４７，４８の材料としては、弾性率の低い熱硬化性樹脂、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。第１及び第２接着剤層４７，４８は、Ｂ−ステージ状態（半硬化状態）のものが使用される。なお、第１及び第２接着剤層４７，４８を被覆する方法としては、例えば金属層４１Ｃ上に絶縁層４６が形成された構造体の両面から樹脂フィルムをラミネートする方法を用いることができる。
【００６１】
以上の製造工程により、保護フィルム７１，７２によって被覆された熱伝導部材４０Ｃを製造することができる。すなわち、金属箔５０と柱状導体５５とを有する金属層４１Ｃと、金属箔５０の第１主面５０Ａ及び柱状導体５５の側面を被覆する絶縁層４６と、金属箔５０の第２主面５０Ｂを被覆する第１接着剤層４７と、絶縁層４６及び柱状導体５５の上面を被覆する第２接着剤層４８とを有する熱伝導部材４０Ｃを製造することができる。
【００６２】
次に、図１１に示す工程では、図５（ａ）、（ｂ）で説明した工程と同様に、半導体素子２０と放熱板３０との間に上記保護フィルム７１，７２の剥離された熱伝導部材４０Ｃを介在させて、配線基板１０、熱伝導部材４０Ｃ及び放熱板３０を重ね合わせる。このとき、本実施形態では、金属箔５０の第２主面５０Ｂに接する第１接着剤層４７と放熱板３０とが当接するように、且つ第２接着剤層４８と半導体素子２０とが当接するように、熱伝導部材４０Ｃが配置される。すなわち、熱伝導部材４０Ｃの金属箔５０が、第１及び第２接着剤層４７，４８に挟まれた空間の中で放熱板３０に最も近い位置となるように、熱伝導部材４０Ｃが配置される。詳述すると、本実施形態では、半導体素子２０がシリコンからなりその熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃程度、放熱板３０が銅からなりその熱膨張係数が約１７ｐｐｍ／℃である。この場合に、金属箔５０の熱膨張係数（約１７ｐｐｍ／℃）に近い被接合部品（ここでは、放熱板３０）に金属箔５０を物理的に近づけるように配置する。
【００６３】
そして、重ね合わせた配線基板１０、熱伝導部材４０Ｃ及び放熱板３０を、例えば一対のプレス熱盤の間に配置し、真空プレスなどにより上下両面から加熱及び加圧することによって、図１１に示すような一体構造を形成する。この加熱及び加圧により、熱伝導部材４０Ｃの第１及び第２接着剤層４７，４８が熱硬化され、その熱伝導部材４０Ｃを介して半導体素子２０と放熱板３０とが接合される。その後、はんだボール１３を形成することにより半導体装置２が製造される。
【００６４】
以上説明した実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（３）の効果に加えて以下の効果を奏する。
（４）金属箔５０の熱膨張係数（約１７ｐｐｍ／℃）に近い被接合部品（ここでは、放熱板３０）に金属箔５０を物理的に近づけるように配置するようにした。これにより、温度変化に対して金属箔５０が放熱板３０と同様に変形（収縮又は膨張）するため、金属箔５０によって絶縁層４６や接着剤層４７の弾性変形が制限されることを抑制することができる。さらに、金属箔５０が放熱板３０と同様に変形されるため、その金属箔５０に接続された柱状導体５５の変形が制限されることも抑制することができる、つまり柱状導体５５の可動範囲を確保することができる。
【００６５】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、図１２及び図１３に従って説明する。この実施形態の熱伝導部材の構造が上記第１及び第２実施形態と異なっている。以下、第１及び第２実施形態との相違点を中心に説明する。なお、先の図１〜図１１に示した部材と同一の部材にはそれぞれ同一の符号を付して示し、それら各要素についての詳細な説明は省略する。
【００６６】
はじめに、熱伝導部材４０Ｄの製造方法について図１２に従って説明する。
まず、図１２（ａ）に示す工程では、図１０（ａ）〜図１０（ｅ）に示した工程と同様の製造工程により製造された金属層４１Ｃを用意する。また、保護フィルム７３にシート状の絶縁樹脂８１Ａが接着された構造体７３Ａを用意する。保護フィルム７３としては、ポリエステル又はＰＥＴのフィルムに薄いフッ素樹脂層を積層したフィルムや、ポリエステル又はＰＥＴの表面にシリコーン離型を施したフィルムなどを用いることができる。離型剤としては、シリコーン系離型剤やフッ素系離型剤を用いることができる。なお、保護フィルム７３の離型剤の施された面が絶縁樹脂８１Ａに接着されている。保護フィルム７３の厚さは、例えば１０〜５０μｍ程度とすることができる。一方、絶縁樹脂８１Ａの材料としては、弾性率の低い熱硬化性樹脂、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。絶縁樹脂８１Ａは、Ｂ−ステージ状態（半硬化状態）のものが使用される。この絶縁樹脂８１Ａの厚さは、金属層４１Ｃの柱状導体５５を被覆可能な厚さ、例えば１５〜１１０μｍ程度とすることができる。
【００６７】
また、図１２（ａ）に示す工程では、金属層４１Ｃ（柱状導体５５）の上面側に構造体７３Ａを配置する。このとき、構造体７３Ａは、絶縁樹脂８１Ａが金属層４１Ｃと対向するように絶縁樹脂８１Ａを下側に向けた状態で配置される。そして、金属箔５０の第１主面５０Ａにシート状の構造体７３Ａを熱圧着によりラミネートする。このときの熱圧着により、図１２（ｂ）に示すように、絶縁樹脂８１Ａ中に柱状導体５５が圧入される。これにより、金属箔５０の第１主面５０Ａ及び柱状導体５５が絶縁樹脂８１Ａによって被覆される。但し、本工程では、絶縁樹脂８１Ａの熱硬化は行わず、Ｂ−ステージ状態のままにしておく。なお、絶縁樹脂８１Ａを真空雰囲気中でラミネートすることにより、絶縁樹脂８１Ａ中へのボイドの巻き込みを抑制することができる。
【００６８】
次に、図１２（ｃ）に示す工程では、図１２（ｂ）に示した金属箔５０を除去する。例えば金属箔５０として銅箔を用いる場合には、塩化第二鉄水溶液、塩化第二銅水溶液、過硫酸アンモニウム水溶液等を用いたウェットエッチングにより、金属箔５０の除去を行うことができる。
【００６９】
続いて、図１２（ｄ）に示す工程では、保護フィルム７４にシート状の絶縁樹脂８１Ｂが接着された構造体７４Ａを用意する。保護フィルム７４としては、ポリエステル又はＰＥＴのフィルムに薄いフッ素樹脂層を積層したフィルムや、ポリエステル又はＰＥＴの表面にシリコーン離型を施したフィルムなどを用いることができる。離型剤としては、シリコーン系離型剤やフッ素系離型剤を用いることができる。なお、保護フィルム７４の離型剤の施された面が絶縁樹脂８１Ｂに接着されている。保護フィルム７４の厚さは、例えば１０〜５０μｍ程度とすることができる。一方、絶縁樹脂８１Ｂの材料としては、絶縁樹脂８１Ａと同じ材料を用いることができる。すなわち、絶縁樹脂８１Ｂの材料としては、弾性率の低い熱硬化性樹脂、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。絶縁樹脂８１Ｂは、Ｂ−ステージ状態（半硬化状態）のものが使用される。この絶縁樹脂８１Ｂの厚さは、柱状導体５５の下面５５Ａを被覆可能な厚さ、例えば１〜１０μｍ程度とすることができる。
【００７０】
また、図１２（ｄ）に示す工程では、絶縁樹脂８１Ａの下面側に構造体７４Ａを配置する。このとき、構造体７４Ａは、絶縁樹脂８１Ｂが絶縁樹脂８１Ａと対向するように絶縁樹脂８１Ｂを上側に向けた状態で配置される。そして、絶縁樹脂８１Ａにシート状の構造体７４Ａを熱圧着によりラミネートする。この熱圧着により、図１２（ｅ）に示すように、絶縁樹脂８１Ａ，８１Ｂによって樹脂層８１が形成されるとともに、その樹脂層８１中に柱状導体が圧入される。但し、本工程では、樹脂層８１（絶縁樹脂８１Ａ，８１Ｂ）の熱硬化は行わず、Ｂ−ステージ状態のままにしておく。
【００７１】
以上の製造工程により、保護フィルム７３，７４によって被覆された熱伝導部材４０Ｄを製造することができる。すなわち、樹脂層８１の厚さ方向に延在し、厚さ方向に平行に設けられた複数の柱状導体５５と、その柱状導体５５を被覆する樹脂層８１とを有する熱伝導部材４０Ｄを製造することができる。
【００７２】
次に、図１３に示す工程では、図５（ａ）、（ｂ）で説明した工程と同様に、半導体素子２０と放熱板３０との間に上記保護フィルム７３，７４の剥離された熱伝導部材４０Ｄを介在させて、配線基板１０、熱伝導部材４０Ｄ及び放熱板３０を重ね合わせる。そして、重ね合わせた配線基板１０、熱伝導部材４０Ｄ及び放熱板３０を、例えば一対のプレス熱盤の間に配置し、真空プレスなどにより上下両面から加熱及び加圧することによって、図１３に示すような一体構造を形成する。この加熱及び加圧により、熱伝導部材４０Ｄの樹脂層８１が熱硬化され、その熱伝導部材４０Ｄを介して半導体素子２０と放熱板３０とが接合される。その後、はんだボール１３を形成することにより半導体装置３が製造される。
【００７３】
以上説明した実施形態によれば、第１実施形態の（１）と同様の効果を奏する。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
【００７４】
・上記第１実施形態の熱伝導部材４０は、樹脂層４２によって金属層４１を覆うように形成した。これに限らず、少なくとも、金属箔５０の第１主面５０Ａ及び第２主面５０Ｂ、第１柱状導体５１の側面及び第２柱状導体５２の側面が樹脂層４２に被覆される構造であればよい。例えば図１４（ａ）に示されるように、第１柱状導体５１の下面５１Ａが樹脂層４２の下面４２Ａから露出し、第２柱状導体５２の上面５２Ａが樹脂層４２の上面４２Ｂから露出するようにしてもよい。このとき、第１柱状導体５１の下面５１Ａと樹脂層４２の下面４２Ａとが面一になるように、且つ第２柱状導体５２の上面５２Ａと樹脂層４２の上面４２Ｂとが面一になるように、熱伝導部材４０Ｅを形成するようにしてもよい。この場合には、第１及び第２柱状導体５１，５２が被接合部材（半導体素子２０や放熱板３０）に直接接触されるため、熱伝導性をより高めることができる。
【００７５】
・図１４（ｂ）に示される熱伝導部材４０Ｆのように、上記第１実施形態の熱伝導部材４０の樹脂層４２を、被接合部材の間に設けられる前の工程で完全に硬化された絶縁層４２Ｄに変更してもよい。この場合には、絶縁層４２Ｄの上下両面に第１及び第２接着剤層４７，４８を設ける。これら絶縁層４２Ｄと第１及び第２接着剤層４７，４８によって、金属層４１を被覆する樹脂層が構成される。
【００７６】
・図１４（ｃ）に示される熱伝導部材４０Ｇのように、上記図１４（ａ）に示した熱伝導部材４０Ｅの樹脂層４２を、被接合部材の間に設けられる前の工程で完全に硬化された絶縁層４２Ｅに変更してもよい。この場合には、絶縁層４２Ｅの上下両面に第１及び第２接着剤層４７，４８を設ける。これら絶縁層４２Ｅと第１及び第２接着剤層４７，４８によって、金属層４１を被覆する樹脂層が構成される。
【００７７】
・上記第２実施形態の熱伝導部材４０Ｃでは、完全に硬化された絶縁層４６と第１及び第２接着剤層４７，４８とからなる樹脂層４９によって、金属層４１Ｃを被覆するようにした。これに限らず、図１５に示される熱伝導部材４０Ｈのように、半硬化状態の樹脂層４９Ａによって金属層４１Ｃを被覆するようにしてもよい。この場合に、図１５に示すように柱状導体５５の下面５５Ａを樹脂層４９Ａの下面４９Ｂから露出させるようにしてもよい。また、樹脂層４９Ａによって金属層４１Ｃの全面を被覆するようにしてもよい。
【００７８】
・図１６に示される熱伝導部材４０Ｉのように、上記第２実施形態の熱伝導部材４０Ｃから金属箔５０を省略するようにしてもよい。すなわち、熱伝導部材４０Ｉは、柱状導体５５と、その柱状導体５５の側面を被覆する絶縁層４６と、絶縁層４６の上下両面を被覆する第１及び第２接着剤層４７，４８とを有している。この熱伝導部材４０Ｉでは、絶縁層４６と第１及び第２接着剤層４７，４８によって柱状導体５５の全面が被覆されている。
【００７９】
・上記図１〜図１６では、柱状導体５１〜５５の形状がストレート形状となっているが、例えば柱状導体５１〜５５の形状を、金属箔５０に接続された基端から先端になるにつれて径が大きくなるテーパ形状となるようにしてもよい。このように柱状導体５１〜５５がテーパ形状に形成されると、金属箔５０と柱状導体５１〜５５との接触面積が小さくなるため、温度変化が起きたときに柱状導体５１〜５５が変形し易くなる。
【００８０】
・上記各実施形態では、ＢＧＡ型の配線基板に具体化したが、例えばＰＧＡ（Pin Grid Array）型の配線基板やＬＧＡ（Land Grid Array）型の配線基板に具体化してもよい。
・上記各実施形態の放熱板３０の上方に放熱フィン、ヒートパイプやベーパチャンバなどの各種冷却・放熱手段を設けるようにしてもよい。さらに、この場合に、放熱板３０と冷却・放熱手段との間や、各冷却・放熱手段の間に上記熱伝導部材４０，４０Ａ〜４０Ｉを設けるようにしてもよい。
【００８１】
・上記各実施形態では、熱伝導部材４０，４０Ｃ，４０Ｄを適用した半導体装置１，２，３に具体化した。これに限らず、第１の熱膨張係数を有する第１部材と第２の熱膨張係数を有する第２部材とが熱伝導部材によって接合され、且つ熱的にも接続される接合構造（構造体）であれば、上記熱伝導部材４０，４０Ｃ，４０Ｄを適用することができる。例えば図１７に示されるように、静電チャック４に熱伝導部材４０を適用するようにしてもよい。
【００８２】
静電チャック４は、基本的には、ベースプレート９１と、接着剤層９２と、その接着剤層９２を介してベースプレート９１に接合されるフィルム状のヒータ９３と、このヒータ９３上に熱伝導部材４０を介して接合された静電チャック（ＥＳＣ）基板９４とを有している。
【００８３】
ベースプレート９１の内部には、平面方向に並んで複数の冷却用流路９５が形成されている。これら複数の冷却用流路９５は、ベースプレート９１内で連通している。図中矢印で示すように左側の流路９５から右側の流路９５に、水やガルデン等の冷却媒体を流すことにより、このベースプレート９１上に接着剤層９２、ヒータ９３及び熱伝導部材４０を介して接合されたＥＳＣ基板９４上に吸着保持されるウエハＷの温度が所定の温度となるように調整することができる。
【００８４】
このベースプレート９１は、プラズマを制御するための電極として利用することができる。すなわち、ベースプレート９１に所定の高周波電力（通常は複数の高周波）を給電することで、発生したプラズマ状態にあるイオン等をウエハＷに衝突させるためのエネルギーを制御し、エッチング処理を効果的に行うことができる。なお、このベースプレート９１は、プラズマを発生させるための電極として利用することも可能である。
【００８５】
このようなベースプレート９１の材料としては、導電性を有する材料を用いることができる。例えばベースプレート９１の材料としては、アルミニウムや超硬合金等の金属材料や、その金属材料とセラミック材との複合材料等を用いることができる。
【００８６】
接着剤層９２は、主としてヒータ９３とベースプレート９１との間の熱伝導を良好に維持するために設けられている。すなわち、ヒータ９３はＥＳＣ基板９４上のウエハＷを加熱するために設けられているが、プラズマ等によりウエハＷが急速に加熱された場合にその熱を外部に逃がす必要があり、また、ヒータ９３からの熱をベースプレート９１に伝導しながらウエハＷを加熱する必要がある。このため、この接着剤層９２の材料としては、熱伝導率の高い材料を選択するのが望ましく、例えばシリコーン樹脂などを用いることができる。なお、この接着剤層９２の代わりに、ベースプレート９１とヒータ９３との間に熱伝導部材４０を設けるようにしてもよい。また、ヒータ９３の材料としては、例えばアルミニウムなどの金属を用いることができる。本例では、ヒータ９３がアルミニウムからなり、そのヒータ９３の熱膨張係数が約２３ｐｐｍ／℃になる。
【００８７】
ＥＳＣ基板９４の内部には、図示は省略するが、所要の電極層が埋め込まれている。少なくとも、ウエハＷを保持する側の吸着面の近傍の基板部分に、静電吸着用の直流電圧が印加される電極層が埋め込まれている。さらに必要に応じて、この吸着用電極層の吸着面と反対側の基板部分に、プラズマ制御用の高周波電力が給電される複数の電極層が埋め込まれていてもよい。
【００８８】
ＥＳＣ基板９４の材料としては、絶縁性を有する材料を用いることができる。例えばＥＳＣ基板９４の材料としては、窒化珪素等のセラミック材、アルミナ、窒化アルミニウム、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の有機材料を用いることができる。本例では、ＥＳＣ基板９４がセラミック材からなり、そのＥＳＣ基板の熱膨張係数が５〜７ｐｐｍ／℃程度となる。また、ＥＳＣ基板９４は、当該ＥＳＣ基板９４に吸着されるウエハＷのサイズ（例えば、４５０ｍｍ×４５０ｍｍ）よりも一回り小さく形成されている。これにより、少なくとも上記吸着面の部分がプラズマに晒されないようにしている。
【００８９】
ヒータ９３とＥＳＣ基板９４との間に設けられた熱伝導部材４０は、ヒータ９３とＥＳＣ基板９４との間の熱伝導を良好に維持する機能と、ヒータ９３とＥＳＣ基板９４とを接合する機能を有している。さらに、熱伝導部材４０は、ヒータ９３とＥＳＣ基板９４との熱膨張係数の差に起因した応力を緩和する機能を有している。このような構造体に適用される場合の熱伝導部材４０（樹脂層４２）の厚さは、例えば１００〜２２０μｍ程度とすることができる。具体的には、金属箔５０の厚さは例えば５〜２０μｍ程度、柱状導体５１，５２の厚さは例えば４０〜１００μｍ程度、柱状導体５１，５２の直径は例えば１０〜５００μｍ程度、柱状導体５１，５２のピッチは例えば１０〜５００μｍ程度とすることができる。熱伝導部材４０は、ＥＳＣ基板９４と略同じサイズに形成されている。このように、熱伝導部材４０は、図１７に示した静電チャック４のような大型の装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１，２，３  半導体装置
２０  半導体素子（第１部材）
３０  放熱板（第２部材）
４０，４０Ａ〜４０Ｉ  熱伝導部材
４１，４１Ａ，４１Ｃ  金属層
４２，４２Ｃ，４３，４９，４９Ａ，８１  樹脂層
４２Ｄ，４２Ｅ，４６  絶縁層（第１絶縁層）
４７  第１接着剤層（第２絶縁層）
４８  第２接着剤層（第２絶縁層）
５０  金属箔
５１，５３  第１柱状導体
５２，５４  第２柱状導体
５５  柱状導体
６１，６２，６５，６６，６９  絶縁層
６１Ｘ，６２Ｘ，６５Ｘ，６６Ｘ，６９Ｘ  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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